12 страница. sce lądowania pierwszego ERY (wariant ten wiąże się z wysyłaniem co dwa lata dwóch ciężkich rakiet nośnych

140 • CZAS MARSA

sce lądowania pierwszego ERY (wariant ten wiąże się z wysyłaniem co dwa lata dwóch ciężkich rakiet nośnych, również przy pierwszym starcie). Wówczas załoga dysponowałaby sześcioma pomieszczeniami mieszkalnymi, w rym dwoma kompletnie wyposażonymi modułami mieszkalnymi, dwoma kabinami ERY oraz... Myślę, że Czytelnik rozumie już, co chcę powiedzieć. Żadna wyprawa odkrywcza na Ziemi nie miała tylu dodatkowych możliwości awaryjnych. Wymienione wyposażenie można dostarczyć na powierzchnię Marsa, wykorzystując wyłącznie technologię z lat sześćdziesiątych - rakiety nośne klasy Saturn 5 i paliwo chemiczne - i rezygnując z orbitalnej infrastruktury, montażu, operacji łączenia statków kosmicznych, a także porzucając plany spotkania statków na orbicie na jakimkolwiek etapie misji.

Porównanie możliwości prawie nieograniczonego mnożenia stopni awaryjnych w obozie załogi na powierzchni Marsa z zabezpieczeniami dostępnymi podczas rejsu międzyplanetarnego uświadamia nam, że planując załogowe wyprawy na Marsa, należy starać się maksymalizować okres pobytu załogi na powierzchni planety oraz minimalizować czas trwania rejsu międzyplanetarnego. Sprzęt i zapasy dla misji powinny zostać skoncentrowane na powierzchni Czerwonej Planety, przez co Mars stanie się najbezpieczniejszym po Ziemi miejscem w Układzie Słonecznym.

Wykorzystać plany zapasowe czy przerwać misję i wracać?

Rozważając w przeszłości plany załogowych misji na Marsa, sporo uwagi poświęcano następującemu scenariuszowi wydarzeń: parę dni przed dotarciem do Marsa (lub w dniu przybycia) załoga wyprawy zdaje sobie sprawę, że musi przerwać realizację programu. Interesuje nas w tym momencie nie to, dlaczego tak się stało, ale w jaki sposób przerwać misję. Jak astronauci wycofają się w bezpieczne miejsce? Muszą oczywiście dostać się na Ziemię; na szczęście mają wystarczające za-

LOT NA MARSA • 141

pasy paliwa, by wrócić po szybkiej trajektorii klasy opozycyjnej, chociaż planowano długi pobyt na powierzchni planety, zgodnie z koncepcją misji koniunkcyjnej. Załoga może włączyć silniki statku, oddalić się od Marsa i ruszyć w stronę Ziemi, przelatując po drodze koło Wenus. Jeśli wystąpi nagląca sytuacja, nie trzeba będzie czekać, aż otworzy się możliwość lotu po przejściowej orbicie Hohmanna. Zastanówmy się jednak nad tym scenariuszem. Koszty wyprawy, uwzględniającej w planach przedstawiony tu wariant awaryjny, wcale nie są trywialne. Przede wszystkim trzeba wysłać większy ładunek z myślą zarówno o długim pobycie na powierzchni Marsa, jak i długim rejsie powrotnym na Ziemię, a także dodatkowe paliwo rakietowe, by umieścić wszystkie te zapasy na trajektorii opozycyjnej o bardzo wysokiej energii. Trudno sobie wyobrazić bardziej kosztowny projekt wyprawy. Jeśli natomiast astro-nauci nie skorzystają z możliwości przerwania misji i natychmiastowego powrotu, ten dodatkowy ładunek na nic się nie zda. Poza tym awaryjny powrót po trajektorii klasy opozycyjnej oznacza dla astronautów wystawienie na dawki promieniowania kosmicznego w otwartej przestrzeni kosmicznej przez okres półtora roku (i równie długie przebywanie w warunkach zerowej grawitacji), narażenie na wysokie dawki promieniowania cieplnego Słońca w trakcie przelotu przez wewnętrzne obszary Układu Słonecznego oraz na bardzo duże przeciążenia podczas powrotu na Ziemię. Biorąc pod uwagę wszystkie okoliczności, dochodzimy do wniosku, że powrót awaryjny może okazać się dla załogi bardzo uciążliwy, a ponadto skorzystanie z tego wariantu oznaczałoby zupełne fiasko misji nastawionej na badania Marsa.

W rezultacie podobne plany załogowych wypraw marsjań-skich bardzo nieznacznie poprawiają skuteczność, za to niesłychanie podwyższają całkowitą masę ładunku ł koszty wyprawy. Na szczęście istnieje alternatywne rozwiązanie awaryjne; wystarczy podważyć podstawowe założenie: czy rzeczywiście Ziemia stanowi jedyne bezpieczne schronienie? Z pewnością nie! Właściwa strategia polega na rezygnacji z wariantów awaryjnych, przewidujących powrót na Ziemię, i opracowaniu planu

142 • CZAS MARSA

zakładającego - jako podstawowy wariant awaryjny - skorzystanie w nagłej sytuacji z uprzednio przygotowanego bezpiecznego schronienia na powierzchni Marsa. Załoga dotrze tam szybciej niż z powrotem na Ziemię, a poza tym schronienie na Marsie najprawdopodobniej okaże się bardziej pomocne w razie wystąpienia problemów. W ten sposób podstawowy wariant awaryjny nie odbiega od zasadniczych planów i nie wymaga wysyłania dodatkowego ładunku, a jego realizacja nie wyklucza realizacji celów wyprawy. Wprawdzie nadal pozostaną zastępcze warianty awaryjne, wiążące się z przerwaniem programu, lecz plany misji nie koncentrują się już wokół nich. Innymi słowy, podczas planowania misji nie należy koncentrować się na wariantach awaryjnych, lecz na hierarchii planów zapasowych. Projekt Mars Direct zawiera takie właśnie podejście.

Przeanalizujmy dostępne w trakcie wyprawy warianty awaryjne i plany zapasowe, zaczynając od wyniesienia astronau-tów na LEO. Pierwszym istotnym wydarzeniem jest odpalenie silników rakietowych w celu umieszczenia statku kosmicznego na międzyplanetarnej trajektorii rejsowej Ziemia-Mars (TMI, ang. Trans-Mars Iryection). Do wykonania manewru TMI i wysłania statku na Marsa po szybkiej, 180-dniowej trajektorii koniunkcyjnej, będącej zarazem trajektorią swobodnego powrotu na Ziemię w dwa lata, konieczna jest całkowita różnica prędkości AV, wynosząca 4,3 km/s. Jednakże AV równa 3,7 km/s wystarczy, by wysłać statek na Marsa po 250-dnio-wej trajektorii o minimalnym zapotrzebowaniu na energię, załoga może zatem wyruszyć w drogę, jeśli silniki rakietowe zapewnią ów minimalny poziom. Jeżeli układ napędowy nie zdoła doprowadzić do tego, by AV osiągnęła wartość 3,3 km/s - tyle wynosi prędkość niezbędna do opuszczenia pola grawitacyjnego Ziemi - statek pozostanie na eliptycznej orbicie okołoziemskiej. W takiej sytuacji załoga użyje układu napędowego modułu mieszkalnego i delikatnie obniży punkt perygeum (najniższego punktu orbity) tak, by znalazł się w najwyższych, granicznych warstwach ziemskiej atmosfery. Po pewnej liczbie okrążeń siła tarcia spowoduje obniżenie apogeum (najwyższego punktu orbity) do wysokości osiąganej

LOT NA MARSA • 143

przez prom kosmiczny (w 1994 roku bezzałogowy statek Magellan pomyślnie wykonał podobny manewr powolnego hamowania atmosferycznego z obniżeniem apogeum na orbicie wokół Wenus), a następnie słabe odpalenie silników rakietowych modułu mieszkalnego podniesie perygeum ponad ziemską atmosferę - dzięki czemu orbita przybierze kształt kołowy i się ustabilizuje. Po wykonaniu tego manewru prom kosmiczny zabierze załogę z powrotem na Ziemię (pośpiech nie jest konieczny, skoro astronauci mają na pokładzie zapasy, wystarczające na przeżycie trzech lat). Z kolei jeśli układ napędowy statku zapewni AV pomiędzy 3,3 km/s a 3,7 km/s, załoga będzie mogła powrócić na Ziemię, wyhamowując ruch statku silnikami rakietowymi modułu mieszkalnego. Silniki te miały być wykorzystane do poprawek śródkursowych, wejścia na orbitę i lądowania na Marsie. Dysponują one mocą odpowiadającą AV równej 0,7 km/s, a zatem znacznie więcej niż potrzeba, by zniweczyć maksymalną nadwyżkę AV, wynoszącą 0,4 km/s, która mogłaby doprowadzić do uwięzienia statku w otwartej przestrzeni kosmicznej pomiędzy Marsem a Ziemią. Rozważania te są jednak w dużej mierze hipotetyczne, ponieważ poprawnie skonstruowany stopień TMI ma dwa silniki, a każdy z nich charakteryzuje się niezawodnością wytwarzania odpowiedniej siły ciągu, sięgającą 99%. Prawdopodobieństwo, że oba silniki zawiodą jednocześnie, wynosi mniej więcej jedną dziesięciotysięczną i można je zaniedbać, rozważając całkowite ryzyko niepowodzenia misji.

Po pomyślnym wykonaniu manewru TMI i odpaleniu silników, wprowadzającym korektę śródkursową, statek kosmiczny zmierza w stronę Marsa, gdzie czeka go zadanie wejścia na orbitę okołomarsjańską. Podczas początkowych 95% rejsu międzyplanetarnego Ziemia-Mars załoga ma do wyboru rozmaite warianty postępowania w razie kłopotów, m.in. przerwanie misji i lot na Ziemię po trajektorii swobodnego powrotu lub przelot koło Marsa z wykorzystaniem silników. Jeśli jednak ładownik znajdzie się już na trajektorii wejścia na orbitę okołomarsjańską (co zwykle odbywa się na kilka dni przed planowanym wejściem na orbitę wokół planety), szansę zrealizowania

144 • CZAS MARSA

któregokolwiek awaryjnego wariantu lotu na Ziemię będą bardzo nikłe. Przerwanie lotu po wybranej trajektorii i jakiekolwiek jej modyfikacje stają się na pewnym etapie - w okresie od kilku godzin do jednego dnia przed manewrem wejścia na orbitę wokół Marsa - niemożliwe. W końcu przychodzi czas dokonania ostatecznego wyboru; nie ma się jednak co obruszać, skoro tego rodzaju decyzji nie trzeba podejmować przez pierwsze 175 dni lotu, który przecież trwa 180 dni.

Projekt Mars Direct nie przewiduje żadnych spotkań na orbicie, dlatego nie ma potrzeby precyzyjnego doboru okołomar-sjańskiej orbity - wystarczy, by miała takie nachylenie, które umożliwi lądowanie na powierzchni planety w zaplanowanym miejscu (oznacza to, że nachylenie orbity musi być większe lub równe szerokości areograficznej docelowego miejsca lądowania statku). Z tego powodu wystarczy, że statek znajdzie się na dowolnej spośród licznych orbit okołomarsjańskich, spełniających ten warunek, po czym podejdzie do lądowania w sąsiedztwie bazy, założonej przez poprzednią misję. Rozluźnienie rygorów precyzji wyboru orbity przekłada się na niższe wymagania, stawiane systemom kierowania, nawigacji i kontroli lotu, zwiększając tym samym atrakcyjność hamowania atmosferycznego jako sposobu wejścia statku na orbitę okołomars-jańską w planie Mars Direct. Gdyby statkowi z modułem mieszkalnym nie udało się wejść na orbitę wokół Marsa za pomocą hamowania atmosferycznego, załoga może jeszcze wykorzystać silniki rakietowe ładownika (o AV około 700 m/s). Niewykluczone, że w wyniku tego astronauci nie będą w stanie wylądować w module mieszkalnym, lecz za to statek wejdzie na orbitę oko-łomarsjańską. W takiej sytuacji są dwie możliwości. Po pierwsze, załoga pozostaje na orbicie przez 600 dni i spotyka się z którymś z dwóch statków powrotnych (poprzednim ERY lub ERY lecącym równolegle, ponieważ system zdalnej kontroli pozwala na start statku powrotnego z powierzchni Marsa i skierowanie go na wybraną orbitę), przechodzi na pokład ERY i wraca nim na Ziemię. Druga ewentualność wymaga pozostania na orbicie okołomarsjańskiej przez jakieś 90 dni; gdy lecący równolegle ERY dotrze do planety, wystarczy spotkać się z nim na

LOT NA MARSA • 145

orbicie, zanim wyląduje. W tym wariancie załoga może wybierać: albo zabierze z ERY część paliwa i uzupełni nim zbiorniki swojego statku, aby wylądować w module mieszkalnym (poświęcając ERY), albo też przesiądzie się do ERY i wyląduje w nim, zostawiając moduł mieszkalny na orbicie. Do realizacji drugiego scenariusza można przystąpić niezwłocznie po spotkaniu na orbicie - pod warunkiem że na powierzchni Marsa znajduje się drugi moduł mieszkalny (pozostawiony przez załogę jednej z poprzednich misji). W przeciwnym razie lądowanie się opóźni, gdyż astronauci spędzą większość czasu na orbicie okołomarsjańskiej (gdzie będą mieli do dyspozycji obfite zapasy i wygodne kwatery modułu mieszkalnego), a na planetę wybiorą się jedynie z krótką ekspedycją, wykorzystując dwa ERY jako bazę na powierzchni Marsa.

Skoro jednak na powierzchni Czerwonej Planety znajduje się bezpieczne schronienie i można zrealizować cele misji, najkorzystniej jest znaleźć się właśnie tam. Z tego względu, wykonując manewr wejścia na orbitę wokół Marsa, należy raczej zanurzyć się zbyt głęboko w atmosferę, niż ryzykować minięcie planety i poszybowanie w przestrzeń kosmiczną. Skoro plan Mars Direct nie wymaga wchodzenia na słabo związaną, bardzo wydłużoną orbitę okołomarsjańską (jak w tradycyjnych projektach misji - opuszczenie takiej orbity wymaga mniejszej ilości paliwa), lecz przewiduje, że statek znajdzie się na silniej związanej orbicie kołowej lub lekko eliptycznej, dzięki czemu minięcie planety jest w zasadzie niemożliwe. Gdyby podczas hamowania atmosferycznego statek zanurzył się w atmosferę zbyt głęboko, by wejść na stabilną orbitę, załoga może od razu lądować w module mieszkalnym. W końcu chodzi właśnie o dotarcie na powierzchnię Marsa.

Bardzo istotny, dodatkowy wzrost bezpieczeństwa wyprawy można uzyskać, odrzucając pomysł spotkania na orbicie okołomarsjańskiej, zanim statek podejdzie do lądowania, gdyż rezygnujemy wówczas z konieczności precyzyjnego wykonania manewru wejścia na orbitę okołomarsjańską w sytuacji, gdy grozi minięcie planety. Oczywiście, zamiast spotkania na orbicie projekt Mars Direct wymaga spotkania na powierzchni.

146 • CZAS MARSA

Zastanówmy się, co się z tym wiąże. Aby zagwarantować powodzenie misji, projekt Mars Direct przewiduje na wypadek kłopotów wiele wariantów zapasowych. Po pierwsze, w wyznaczonym miejscu lądowania przez dwa lata, poprzedzające przybycie astronautów, znajduje się statek powrotny, co daje szansę gruntownego poznania miejsca spotkania za pomocą automatycznych pojazdów terenowych, a także pozwala umieścić transponder w miejscu najdogodniejszym do lądowania. ERY ustawi ponadto radiolatarnię, przypominającą lotniskowy system komunikacji radiowej, który służy do przesyłania pilotom dokładnych danych na temat pozycji i prędkości samolotu podczas podchodzenia do lądowania i lądowania na płycie lotniska. Pamiętajmy, że oba bezzałogowe ładowniki misji Yiking zdołały osiąść na powierzchni Marsa w odległości 30 km od wyznaczonych miejsc, a ładowniki Apollo potrafiły umieścić astronautów na powierzchni Księżyca nie dalej niż 200 m od punktu, w którym znajdowała się bezzałogowa sonda Surveyor. Dysponując aktywnym układem naprowadzania oraz radiola-tarnią, wskazującą właściwy kierunek, można posadzić moduł mieszkalny na powierzchni Marsa w odległości zaledwie paru metrów od planowanego miejsca. Jeśliby jednak statek chybił o dziesiątki lub nawet setki kilometrów, spotkanie umożliwi wieziony w module mieszkalnym rover, którego zasięg wynosi 1000 km. Ponieważ astronauci lądują w funkcjonalnym module mieszkalnym, a nie w niedużym ładowniku, nie przystosowanym do długiego zamieszkiwania, mogą przetrwać dość długo, nawet gdyby znaleźli się w zupełnie odosobnionym miejscu - na taką ewentualność przygotowano trzeci i czwarty poziom scenariuszy zapasowych. Trzeci poziom zabezpieczenia - na wypadek oddalenia modułu mieszkalnego od ERY o odległość porównywalną ze średnicą planety - przewiduje modyfikację kierunku lotu kolejnego ERY, podążającego ku Marsowi w ślad za astronautami (w odstępie paru miesięcy); dzięki temu ERY wyląduje w sąsiedztwie modułu mieszkalnego. Czwarty poziom zabezpieczenia wynika z konstrukcji misji, zgodnie z którą cała załoga przebywa w module mieszkalnym, wyposażonym w zapasy, wystarczające do przeżycia dwóch lat na powierzchni

LOT NA MARSA • 147

planety. Jeśli zawiodą wszystkie warianty awaryjne, astronau-tom pozostanie przetrwać ciężki okres, jaki upłynie do czasu, aż pojawi się szansa wysłania z Ziemi następnej rakiety z zapasami i kolejnym ERY.

Plan Mars Direct nie przewiduje, by po rozpoczęciu schodzenia do lądowania statek przerwał manewr i powrócił na orbitę około-marsjańską; projekt zakłada przecież wykorzystanie marsjań-skiego materiału napędowego - skoro zatem już znajdziemy się na powierzchni planety, nie wchodzi w grę wycofanie się na orbitę. Jest jednak wysoce wątpliwe, by jakikolwiek ładownik (choćby miał zapas paliwa w pełni wystarczający, by wznieść się w górę) mógł wznieść się na orbitę, startując z tylnej części osłony aerodynamicznej, która z wysiłkiem przedziera się w dół mar-sjańskiej atmosfery z prędkością ponaddźwiękową. (Podobny manewr wymaga przedarcia się pojazdu startującego poprzez ponaddźwiękową falę uderzeniową, rozchodzącą się w tył za osłoną aerodynamiczną, a potem zmiany, podczas lotu pojazdu, trybu pracy silników rakietowych - z opóźniania do przyspieszania!) W zamian za iluzoryczną możliwość przerwania lądowania i wycofania się na orbitę (podczas lądowania według tradycyjnych planów, mimo wszelkich starań, astronauci i tak nie mają realnej szansy zawrócenia i powrotu na orbitę, nawet jeśli dysponują pojazdem startowym z pełnym zapasem paliwa) misja Mars Direct oferuje dodatkowe, niezwykle konkretne zabezpieczenie: przed podejściem do lądowania w module mieszkalnym, a nawet jeszcze przed opuszczeniem Ziemi, załoga ma pewność, że na powierzchni Marsa czeka sprawny ERY, który przetrwał ciężką próbę lądowania i ma zapas paliwa, całkowicie wystarczający na rejs powrotny. Co więcej, podczas lądowania astronauci znajdują się wewnątrz dużego, mocno zbudowanego modułu mieszkalnego, w skład którego wchodzi wiele hermetycznych, ciśnieniowych pomieszczeń oraz sprawnie funkcjonujący system podtrzymywania funkcji życiowych, przeznaczony do długotrwałej eksploatacji - natomiast w chwili dotknięcia powierzchni planety na pokładzie statku prawie w ogóle nie ma już paliwa rakietowego. Dokładnie na odwrót sytuacja przedstawia się wtedy, gdy astronauci lądują w marsjańskim pojeździe startującym,

148 • CZAS MARSA

który ma pełny zapas materiału napędowego, jest nieduży oraz zapewnia minimalny okres funkcjonowania systemu podtrzymywania funkcji życiowych - słowem, w statku po brzegi wypełnionym paliwem, czyli bardzo niebezpiecznym materiałem wybuchowym.

Mówiliśmy już, że plan Mars Direct przewiduje koncentrację całości sprzętu i zapasów na powierzchni planety, bez pozostawiania kogokolwiek ani czegokolwiek na orbicie. Dzięki tej strategii systemy umożliwiające przetrwanie załogi podczas liczącego 600 dni pobytu na powierzchni planety wielokrotnie się dublują, a stopień bezpieczeństwa wzrasta w miarę wysyłania na Marsa kolejnych misji, które wzbogacają znajdujące się na powierzchni wyposażenie o nowe moduły mieszkalne. Gdy nadchodzi czas powrotu, astronauci dysponują dwoma ERY, gotowymi zawieźć ich na Ziemię w każdej chwili; wystarczy jedynie przeprowadzić ich kontrolę przed odlotem. Sytuacja jest dużo korzystniejsza niż w przypadku tradycyjnych projektów, zgodnie z którymi załoga musi opuścić powierzchnię na pokładzie jedynego posiadanego pojazdu startującego, by następnie na orbicie spotkać się ze statkiem bazą, od prawie półtora roku krążącym wokół Marsa bez nikogo, kto zadbałby o jego sprawność, i bez prawie żadnych części zapasowych w razie awarii. Załoga misji Mars Direct własnoręcznie sprawdzi sprawność statku, zanim zdecyduje się wyruszyć w drogę powrotną; będzie też dysponowała wszystkimi zapasami marsjańskiej bazy na wypadek awarii. Gdyby zaś oba ERY okazały się niesprawne, załoga po prostu poczeka w bazie na powierzchni Marsa parę miesięcy, aż dotrze następny moduł mieszkalny, wypełniony zapasami, i kolejny ERY. Wprawdzie wówczas astronauci musieliby przedłużyć pobyt na powierzchni o dwa lata w stosunku do oryginalnego planu, lecz z pewnością jest to lepsze rozwiązanie niż śmierć.

Możliwości nowoczesnych technologii

Opisane dotychczas systemy transportu w misji Mars Direct mieszczą się całkowicie w granicach możliwości dzisiejszych

LOT NA MARSA • 149

technologii: ciężka rakieta nośna typu Saturn 5 lub jej podobna, napęd chemiczny i tak dalej. Gdyby jednak pojawiła się jakaś nowa technologia, plan wyprawy na Marsa powinien ją uwzględnić i wykorzystać. Istnieje wiele hipotetycznych nowoczesnych technologii podróży kosmicznych - najważniejsze z nich to: jądrowy i słoneczny (jonowy) napęd rakietowy, słoneczne i magnetyczne żaglowce, rakiety termojądrowe i z napędem na antymaterię - lecz tylko parę z nich ma szansę zmaterializować się wystarczająco szybko, by dało sieje wykorzystać podczas pierwszych wypraw na Czerwoną Planetę. Należą do nich: termiczne silniki jądrowe (NTR) i ściśle z nimi związane termiczne silniki słoneczne (STR, ang. Solar Thermal Rocket), które mogłyby zastąpić napęd chemiczny podczas podróży kosmicznych; a także jednostopniowe rakiety nośne wielokrotnego użytku (SSTO, ang. Single-Stage-To-Orbit), zastępując podczas startu z Ziemi jednorazowe, wielostopniowe ciężkie rakiety nośne. Nie chcę przez to powiedzieć, że jądrowy napęd jonowy czy też żaglowce magnetyczne lub inne zaawansowane technologie są niewykonalne. Wręcz przeciwnie, prawdopodobnie za sto lat zdominują one handel międzyplanetarny. Z tego względu zajmiemy się nimi w jednym z następnych rozdziałów, przy okazji rozważania bardziej futurystycznych aspektów kolonizacji Marsa. Kolumb nie dotarłby jednak zbyt daleko, gdyby czekał z rozpoczęciem przeprawy przez Atlantyk, aż pojawią się statki parowe czy Boeingi 747; podobnie pierwsze pokolenie odkrywców Marsa zmuszone będzie poprzestać na zestawie technologii, które z punktu widzenia przyszłych podróży kosmicznych są dość prymitywne. Kolumb przepłynął Atlantyk na statkach zbudowanych z myślą o podróżach po Morzu Śródziemnym i wzdłuż wybrzeży oceanu. Dopiero gdy europejskie placówki pojawiły się w Ameryce, rozpoczął się postęp techniczny, który doprowadził do stworzenia trój masztowych karawel, kliprów, rejsowych statków oceanicznych i, w końcu, samolotów. Po założeniu ludzkich osad na Marsie podobny mechanizm spowoduje opracowanie nowocześniejszych technologii napędu rakietowego. Z tego powodu aż dotąd całkowicie ograniczaliśmy zagadnienie misji marsjańskich do istnieją-

150 • CZAS MARSA

cych współcześnie, prymitywnych technologii napędu rakietowego. Podejście takie jest niewątpliwie konserwatywne. Istnieją jednak technologie - prowadzące do znacznej poprawy skuteczności misji lub obniżenia jej kosztów - które potencjalnie można wykorzystać w stosunkowo bliskiej przyszłości. Przyjrzyjmy się im teraz.

Największe nadzieje na zastąpienie paliwa chemicznego wiążą się z napędem termicznym, czy to jądrowym, czy słonecznym. Koncepcja funkcjonowania takich rakiet jest bardzo prosta: źródło ciepła (reaktor jądrowy lub paraboliczne zwierciadło, ogniskujące promieniowanie słoneczne) podgrzewa płyn do bardzo wysokiej temperatury, powodując, że staje się on bardzo gorącym gazem, który jest następnie wyrzucany przez dyszę rakiety. Innymi słowy, rakieta termiczna to po prostu latający czajnik parowy. Sprawność takiej rakiety jest przede wszystkim ograniczona maksymalną temperaturą, jaką może wytrzymać materiał, z którego zbudowany jest silnik; ocenia się ją na mniej więcej 2500°C. Rakiecie takiej można nadać największą prędkość i impuls właściwy, wykorzystując do napędu gaz o możliwie najniższej masie cząsteczkowej. Najlepiej nadaje się do tego wodór. Rakieta NTR lub STR, wykorzystująca wodór, może osiągnąć Isp równy 900 s (prędkość wyrzutu gazu 9 km/s), czyli dwukrotnie więcej niż w przypadku silników chemicznych.

Termiczne silniki jądrowe nie są wyłącznie teorią. W latach sześćdziesiątych w USA realizowano program NERYA (silniki jądrowe w zastosowaniu do pojazdów kosmicznych, ang. Nac-lear Engine for Rocket Yehicle Applications), w ramach którego zbudowano i przetestowano na Ziemi około dwunastu silników o sile ciągu od 440 tysięcy aż do 1,1 miliona niutonów. Silniki te naprawdę działały, zapewniając impuls właściwy przekraczający 800 s, czyli znacznie więcej, niż mógł marzyć konstruktor rakiet chemicznych. Wernher von Braun planował wykorzystanie rakiet NTR do załogowej wyprawy na Marsa, którą NASA miała nadzieję wysłać na początku lat osiemdziesiątych jako kontynuację misji Apollo. Gdy jednak administracja prezydenta Nixona zablokowała plany NASA,

Дата добавления: 2015-10-28